KR102276381B1 - 촉각 센서 - Google Patents

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한국기계연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재 상에 배치된 원형의 자기 센싱 소자; 상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되는 자성체; 및 상기 베이스 부재와 상기 자성체를 연결하는 탄성 부재;를 포함하며, 상기 자성체는 외력에 의해 상기 원형의 자기 센싱 소자의 내부 영역에서 위치가 이동되며, 위치 복원력을 가진다.

Description

촉각 센서 {TACTILE SENSOR}
본 발명은 촉각 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서의 감지 면에 나란한 방향으로 가해지는 수평 방향 하중을 측정하며, 온도에 따라 색의 변화를 가지는 촉각 센서에 관한 것이다.
접촉 등을 통한 주변 환경의 정보, 예컨대 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도에 대한 온도 변화 등을 획득하는 촉각 기능은 중요한 차세대 정보 수집 매체로 인식되고 있다.
이러한 인식에 따라, 촉각 기능을 구현하기 위하여 다양한 센서가 개발되고 있는데, 이러한 센서는 저항의 변화, 정전용량 변화, 전압의 변화 등의 물리량을 이용하여, 압력 감지, 진동 감지, 전단력 감지, 미끄럼 감지, 온도 감지 등 다양한 감지 능력을 구현하고자 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나 지금까지 개발된 촉각 센서들은 대부분 센서의 감지 면에 수직한 방향으로 가해지는 하중만을 감지하도록 구성이 되어 있기 때문에, 센서의 감지 면에 비스듬히 또는 수평하게 가해지는 하중을 정확히 측정하는데 어려움이 있다. 또한, 센서의 감지 면에 비스듬히 또는 수평하게 가해지는 하중을 측정하기 위해서는 복잡한 추가 측정 회로 및 장치들이 요구되는 문제점이 있다.
특허문헌 1 : 한국 공개특허 제10-2009-0011668호(2009.02.02.공개)
본 발명의 일 측면은, 복잡한 회로 장치나 추가 장치 없이도, 외력이 가해지는 센서의 감지 면에 나란한 방향의 힘을 정확하게 감지하는 촉각 센서를 제공하고자 한다.
또한, 온도 변화를 시각적으로 감지할 수 있는 촉각 센서를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재 상에 배치된 원형의 자기 센싱 소자; 상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되는 자성체; 및 상기 베이스 부재와 상기 자성체를 연결하는 탄성 부재;를 포함하며, 상기 자성체는 외력에 의해 상기 원형의 자기 센싱 소자의 내부 영역에서 위치가 이동되며, 위치 복원력을 가진다.
상기 베이스 부재는 상기 자기 센싱 소자가 위치된 외곽부; 및 상기 외곽부에 둘러싸이며 상기 자성체가 이동 가능한 영역인 중심부를 포함하고, 상기 외곽부는 상기 중심부보다 상부로 돌출될 수 있다.
상기 촉각 센서는, 상기 중심부 내에서 이동 가능하게 마련되며, 상기 자성체가 결합된 이동 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 부재, 탄성 부재 및 이동 부재 중 적어도 하나는 감온 색소를 포함하여 온도에 따라 색이 변할 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 이동 부재와 상기 외곽부 사이를 연결할 수 있다.
상기 탄성 부재는 복수 개로 구성되며, 상기 복수 개의 탄성 부재는 방사형으로 배열될 수 있다.
상기 중심부에는 미끄럼 부재가 구비되고, 상기 이동 부재는 상기 미끄럼 부재 위에서 이동될 수 있다.
상기 미끄럼 부재의 상면에는 복수의 홈이 형성되고, 상기 복수의 홈에는 윤활제가 채워질 수 있다.
상기 이동 부재는 상기 중심부 위에서 이동되며 상부로 돌출된 기둥 형태일 수 있다.
상기 자기 센싱 소자는 상기 외곽부의 상단에 형성되고, 상기 자성체는 상기 이동 부재의 상단에 형성될 수 있다.
상기 탄성 부재는 기둥 형태이고 상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되며, 상기 탄성 부재의 상단은 상기 자성체와 결합되고, 하단은 상기 중심부와 결합될 수 있다.
상기 자기 센싱 소자와 상기 자성체는 동일 평면상에 배치될 수 있다.
상기 자기 센싱 소자는 상기 자성체의 상기 평면 상의 이동에 의한 자기장 세기의 변화를 감지할 수 있다.
상기 자성체는 상하 방향의 이동이 구속될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복잡한 회로 장치나 추가 장치 없이, 센서의 감지 면에 나란한 방향의 힘을 정확하게 감지할 수 있다.
또한, 촉각 센서의 구성에 감온 색소를 첨가함으로써, 온도 변화를 시각적으로 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서의 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 방향의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 방향의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 방향의 단면도이다.
도 10은 온도에 따른 색의 변화를 보여주는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서의 평면도이다. 도 1 및 도 2는 이해의 편의를 위해 일부 구성이 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
일반적인 촉각 센서는 감지 면에 수직한 방향으로 가해지는 외력을 감지하도록 구성되어 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서(100)는, 감지 면에 비스듬한 방향 또는 감지 면에 나란한 방향으로 외력(F)이 가해질 때, 감지 면에 수직한 방향의 변화량을 최소화하도록 수직 방향(도 1에서 z축 방향)의 이동을 구속하는 구조를 가짐으로써, 감지 면에 나란한 방향(수평 방향)의 힘(f)을 측정할 수 있다. 본 명세서에서 '감지 면'이란 외력이 가해지는 면(도 1에서 xy 평면)을 의미하며, 예를 들어, 외력이 가해지는 자성체(140)의 상측 면을 의미할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서(100)의 구성을 상세히 설명한다. 이하 설명에서 상하 방향, 상부/하부, 위/아래 등의 방향은 감지 면에 수직한 방향을 의미하는 것으로, 도 1을 기준으로 (+ 또는 -) z축 방향을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서(100)는 베이스 부재(110), 자기 센싱 소자(120), 자성체(140)를 포함한다.
베이스 부재(110)는 센서를 구성하는 부품들이 배치되는 기판이 되는 구성으로, 얇은 두께를 가질 수 있으며, 유연성 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 사람의 피부나 인공 피부, 또는 생체의 굴곡면에 용이하게 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서(100)는 생체의 적용에 한정되는 것이 아니라, 다양한 분야에 적용될 수 있으므로, 베이스 부재(110)가 전술한 재질과 두께에 한정되는 것은 아니다.
자기 센싱 소자(120)는 자성체(140)의 이동에 의한 자기장 세기의 변화를 감지하는 부분으로, 자기 센싱 소자(120)는 베이스 부재(110) 상에 배치되며 원형으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 자기 센싱 소자(120)는 자성체로 구성된 자기 저항 센서(Magnetoresistive sensor)로 이루어질 수 있으며, 단층 또는 복수의 층으로 이루어진 박막 형태일 수 있다. 박막 형태일 경우, 베이스 부재(110) 상에 DC 마그네트론 스퍼터 등을 통해 증착되어 형성될 수 있으며, 반강자성층 및 강자성층의 복층으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 자기 센싱 소자(120)는 NiFe/IrMn의 bilayer로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면에 도시되지 않았지만, 자기 센싱 소자(120)는 전류 입/출력을 위한 한 쌍의 전류 단자 및 센서의 출력 전압을 측정하기 위한 한 쌍의 전압 단자를 포함할 수 있다.
자성체(140)는 자기 센싱 소자(120)의 중심에 배치되며, 자기 센싱 소자(120)와 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 또는 자성체(140)는 자기 센싱 소자(120)가 배치된 평면과 나란한 평면 상에 배치될 수도 있으나, 자성체(140)의 자기장을 용이하게 감지할 수 있도록 자성체(140)가 배치된 평면은 자기 센싱 소자(120)가 배치된 평면과 인접하게 배치될 수 있다.
자성체(140)는 자기 센싱 소자(120)의 내부 영역, 다시 말해 자기 센싱 소자(120)가 형성하는 원형의 내부 영역에서 이동이 가능하게 마련될 수 있다. 즉, 자성체(140)는 외력에 의해 위치가 이동될 수 있는데, 자성체(140)의 이동 범위는 자기 센싱 소자(120)가 형성하는 원의 내부 영역에 포함될 수 있다. 자성체(140)는 원형의 영구 자석으로 이루어질 수 있으며, N극과 S극이 상하 방향으로 배열될 수도 있다.
이에 따라, 자성체(140)가 자기 센싱 소자(120)에 가까워질수록 감지되는 자기장의 세기가 커지게 되고, 멀어질수록 감지되는 자기장의 세기가 작아지게 되므로, 자기 센싱 소자(120)에 감지되는 신호값을 통해 자성체(140)에 가해지는 외력을 감지할 수 있다. 바람직하게는 자성체(140)가 자기 센싱 소자(120)의 중심에 위치될 때는 자기 센싱 소자(120)에서 자성체(140)에 의한 자기장이 감지되지 않도록, 자기 센싱 소자(120)의 크기나 종류를 구성할 수 있다.
한편, 자기 센싱 소자(120)가 원형으로 이루어지고, 자성체(140)가 원의 중심에 배치됨으로써, 일정한 크기의 외력에 의해 자성체(140)가 xy 평면(자기 센싱 소자와 자성체가 배치된 가상의 평면, 도 5, 7, 9 에서 P) 상에서 어느 방향으로 이동하더라도 동일한 값이 감지될 수 있으며, 이에 따라 감지 면에 나란한 방향의 힘을 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성체(140)는 상하 방향의 이동이 구속되며, 베이스 부재(110)와 자성체(140) 사이를 연결하는 탄성 부재(도 1, 2에서는 미도시)에 의하여 자성체(140)가 위치 복원력을 가지도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 자기 센싱 소자(120)에서는 감지 면에 나란한 방향의 힘을 정확히 감지할 수 있으며, 외력에 의해 자성체(140)가 이동된 후 외력이 해제되면 자성체(140)가 최초의 자리(자기 센싱 소자의 중심)로 복원될 수 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 다양한 실시예를 이하에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서의 평면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 방향의 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서(101)는 전술한 베이스 부재(110), 자기 센싱 소자(120) 및 자성체(140)를 포함하며, 베이스 부재(110)와 자성체(140)는 탄성 부재(160)에 의해 연결될 수 있다.
베이스 부재(110)는 자기 센싱 소자(120)가 위치된 외곽부(112)와, 자성체가 이동하는 영역인 중심부(114)를 포함할 수 있다. 외곽부(112)는 중심부(114)보다 상부로 돌출될 수 있고, 상면에 자기 센싱 소자(120)가 위치될 수 있다. 이에 따라, 외곽부(112)는 자성체(140)가 이동되는 영역을 설정하는 경계벽의 역할을 할 수 있다.
자성체(140)는 이동 부재(170)에 결합될 수 있다. 이동 부재(170)는 자기 센싱 소자(120)가 형성하는 원형의 중심에 배치될 수 있고, 중심부(114) 내에서 감지 면에 나란한 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 이동 부재(170)는 중심부(114)의 상부에 위치될 수 있으며, 후술할 미끄럼 부재(180) 상에 위치되어 미끄럼 부재(180) 상을 이동할 수 있다.
자성체(140)는 이동 부재(170)의 상면에 위치될 수 있으며, 이동 부재(170)의 상면은 외곽부(112)의 상면과 동일 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)는 동일 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 그러나, 전술하였듯이 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)는 서로 나란한 평면 상에 배치될 수도 있으므로, 이동 부재(170)의 상면과 외곽부(112)의 상면은 소정의 높이 차가 존재할 수도 있다.
이동 부재(170)는 탄성 부재(160)에 의하여 베이스 부재(110)의 외곽부(112)와 탄성적으로 연결될 수 있으며, 도 4를 참조하면, 탄성 부재(160)는 복수 개로 구성되어 이동 부재(170)를 중심으로 방사형으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 외력에 의하여 이동 부재(170)가 움직일 때, 어느 방향으로 움직이더라도 균일한 탄성력이 작용할 수 있으며, 이동 부재(170)에 균일한 위치 복원력이 작용될 수 있다. 도 4에서는 탄성 부재(160)가 4개인 경우를 도시하였는데, 이는 예시적인 것이며, 탄성 부재(160)가 균일한 간격으로 보다 많은 개수로 구성될수록 촉각 센서(101)의 감지 정밀도와 자성체(140)의 위치 복원력이 향상될 수 있다.
탄성 부재(160)는 그에 연결된 이동 부재(170)가 충분히 위치 복원력을 가지도록 탄성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 예시적으로 탄성 부재(160)는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate), Ecoflex 등으로 이루어질 수 있고, 이동 부재(170)의 충분한 이동 거리를 확보하기 위해 반복적으로 굴곡된 형태일 수 있으나, 탄성 부재(160)의 재질과 형태가 전술한 바에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 베이스 부재(110)의 중심부(114)에는 미끄럼 부재(180)가 구비될 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상하 방향(도 1에서 z축 방향)을 기준으로 중심부(114)와 이동 부재(170) 사이에는 미끄럼 부재(180)가 구비되고, 일 예로 중심부(114) 공간에 미끄럼 부재(180)가 채워질 수 있다.
미끄럼 부재(180)는 이동 부재(170)의 이동을 용이하게 하기 위한 구성으로, 이동 부재(170)가 접촉하는 미끄럼 부재(180)의 상면은 작은 마찰계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 미끄럼 부재(180)의 상면에는 복수의 홈(182)이 형성될 수 있으며, 복수의 홈(182)에는 실리콘 오일, 테프론 오일 및 크리톡스(krytox) 오일 등와 같은 윤활제가 채워질 수 있다. 이에 따라, 자성체(140)에 외력이 가해질 때, 자성체(140)를 지지하는 이동 부재(170)가 미끄럼 부재(180) 상에서 용이하게 이동될 수 있으므로, 작은 외력에도 자성체(140)의 이동 거리를 크게 할 수 있다. 따라서, 촉각 센서(101)의 감지 민감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 다른 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서, 전술한 실시예와 중복되는 내용은 설명을 생략하며, 전술한 실시예와 차별되는 내용에 대해서만 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 방향의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 센서(102)는 전술한 제 1 실시예와는 달리, 이동 부재(170)와 중심부(114) 사이에 미끄럼 부재(180, 도 3 내지 5 참조)가 구비되지 않을 수 있다. 제 2 실시예에 따르면, 이동 부재(170)는 중심부(114) 위에서 이동되며 상부로 돌출된 기둥 형태로 이루어질 수 있다. 이 때, 이동 부재(170)의 상단에 자성체(140)가 배치될 수 있으며, 이동 부재(170)의 높이는 외곽부(112)의 높이와 같을 수 있다. 이에 따라 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)가 동일 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 다만, 전술하였듯이, 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)가 반드시 동일 평면(P) 상에 배치될 필요는 없고, 소정 높이 차가 존재할 수도 있기 때문에, 이동 부재(170)의 상면과 외곽부(112)의 상면은 소정의 높이 차가 존재할 수도 있다.
이동 부재(170)와 중심부(114)가 접촉하는 접촉면(S)은 이동 부재(170)의 이동이 용이하도록 충분히 작은 마찰 계수를 가질 수 있으며, 이동 부재(170)와 외곽부(112) 사이를 탄성 부재(160)가 연결할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 탄성 부재(160)는 전술한 제 1 실시예와 같이, 복수 개로 구성되어 이동 부재(170)를 중심으로 방사형으로 배열될 수 있다. 다른 형태로는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(160)는 이동 부재(170)와 외곽부(112) 사이를 채우는 형태로 이루어질 수도 있다. 이 때, 탄성 부재(160)는 평면도로 보았을 때 고리(ring) 또는 도넛(doughnut) 형태일 수 있으며, 반경 방향을 따라 상하 방향으로 반복적으로 굴곡된 주름이 형성된 구조일 수 있다. 이에 따라, 자성체(140)에 일정 크기의 외력(F)이 인가되어 이동 부재(170)가 평면(도 1에서 xy 평면) 상에서 어느 방향으로 이동되더라도, 자기 센싱 소자(120)에 의해 균일한 수평 방향의 힘(f)이 감지될 수 있고, 외력(F)이 해제될 때 이동 부재(170)가 어느 방향으로 이동되어 있더라도 균일한 위치 복원력을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 센서의 사시도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 방향의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 센서(103)는 전술한 제 2 실시예와는 달리, 이동 부재(170)가 구비되지 않을 수 있다. 제 3 실시예에 따르면, 탄성 부재(160)는 상부로 돌출된 기둥 형태이며, 자기 센싱 소자(120)가 형성하는 원형의 중심에 배치될 수 있다. 탄성 부재(160)의 상단에는 자성체가 결합되고, 탄성 부재(160)의 하단은 중심부와 결합될 수 있다. 즉, 제 3 실시예에서는, 탄성 부재(160)가 전술한 실시예의 탄성 부재와 이동 부재의 역할을 같이 수행하도록 구성될 수 있다.
탄성 부재(160)는 외곽부(112)와 동일한 높이를 가질 수 있으며, 이에 따라 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)가 동일 평면(P) 상에 배치될 수 있다. 다만, 전술하였듯이, 자기 센싱 소자(120)와 자성체(140)가 반드시 동일 평면(P) 상에 배치될 필요는 없고, 소정 높이 차가 존재할 수도 있기 때문에, 탄성 부재(160)의 상면과 외곽부(112)의 상면은 소정의 높이 차가 존재할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 자성체(140)에 외력(F)이 가해지면, 탄성 부재(160)가 휘어지면서 변형됨에 따라 자성체(140)과 자기 센싱 소자(120) 간의 거리가 변하게 된다. 이 때, 자기 센싱 소자(120)에서 감지되는 신호값을 통해 자성체(140)에 가해진 감지 면에 나란한 방향의 힘(f)을 감지할 수 있다.
탄성 부재(160)의 기둥 형태로 구성함에 따라, 탄성 부재(160)의 상단에 결합된 자성체(140)에 외력(F)이 가해질 때, 탄성 부재(160)가 휘어지는 변형량이 커질 수 있다. 즉, 자성체(140)에 작은 외력(F)이 인가되더라도, 자성체(140)의 이동 거리가 커지게 되어 자기 센싱 소자(120)에서 감지되는 신호값이 커질 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 촉각 센서(103)는, 전술한 실시예와 같이 자성체(140)를 용이하게 이동시킬 수 있는 수단을 별도로 구비하지 않아도, 간단한 구조만으로 촉각 센서의 감지 민감도를 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서들(100, 101, 102, 103)은 원형의 자기 센싱 소자(120)와 그 중심에 배치되어 위치 복원력을 가지는 자성체(140)를 포함한다. 이를 통해, 감지 면(자성체)에 외력에 작용할 때, 감지 면에 나란한 방향(수평 방향)의 힘뿐 만 아니라 수직 방향의 힘도 전달되게 되지만, 나란한 방향의 힘 만을 정확하게 감지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 촉각 센서를 구성하는 베이스 부재(110), 탄성 부재(160) 및 이동 부재(170) 중 적어도 하나는 온도에 따라 색이 변하도록 구성될 수 있다. 이를 구현하기 위해, 베이스 부재(110), 탄성 부재(160) 및 이동 부재(170) 중 적어도 하나에는 감온 색소가 포함될 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재(110), 탄성 부재(160) 및 이동 부재(170) 중 적어도 하나는 실온에서는 사람의 피부색과 동일한 살색이지만, 약 40℃에서는 붉은 색상을 띄며, 70℃ 이상에서는 색소가 모두 색을 잃고 흰 색상을 띌 수 있다.
도 10은 온도에 따른 색의 변화를 보여주는 사진으로, 베이스 부재(110), 탄성 부재(160) 및 이동 부재(170)의 소재가 될 수 있는 PDMS(polydimethylsiloxane)에 감온 색소를 혼합하여 제작한 필름이 온도에 따라 색이 변하는 모습을 보여주는 사진이다.
도 10에서는, PDMS 10g에 감온 색소(예를 들어, 루이코 색소) 중 빨강 색소 0.15g, 노랑 색소 0.05g, 하얀 색소 0.2g 을 혼합하여 제작한 필름이 온도에 따라 색이 변하는 모습을 촬영하였다. 여기서, (a)는 상온에서 피부와 유사한 살색을 띄는 모습이고, (b)는 약 40℃에서 붉은 색을 띄는 모습이며, (c)는 70℃ 이상에서 색소가 모두 색을 잃고 흰 색을 띄는 모습이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉각 센서를 구성하는 베이스 부재(110), 탄성 부재(160) 및 이동 부재(170) 중 적어도 하나를 온도에 따라 색이 변하도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 평상시의 실온에서는 사람 피부와 동일한 색을 나타내어 사람에게 안정감을 주고, 미열에서는 사람 피부와 유사하게 붉어질 수 있으며, 고열의 물체와 접촉하면 하얗게 변화하여, 복잡한 추가 장치 없이도 높은 온도의 위험을 알려주는 기능을 가질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 101, 102, 103 촉각 센서
110 베이스 부재 120 자기 센싱 소자
140 자성체 160 탄성 부재
170 이동 부재 180 미끄럼 부재

Claims (14)

  1. 베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 배치된 단일개의 원형의 자기 센싱 소자;
    상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되는 자성체; 및
    상기 베이스 부재와 상기 자성체를 연결하는 탄성 부재;
    를 포함하며,
    상기 자성체는
    외력에 의해 상기 원형의 자기 센싱 소자의 내부 영역에서 위치가 이동되며, 위치 복원력을 가지고,
    상기 베이스 부재는
    상기 자기 센싱 소자가 위치된 외곽부; 및
    상기 외곽부에 둘러싸이며 상기 자성체가 이동 가능한 영역인 중심부를 포함하며,
    상기 탄성 부재는,
    하단이 상기 중심부와 결합되고 상단이 상기 자성체와 결합되어 상기 중심부로부터 상부로 돌출된 기둥 형태이고, 상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되며,
    상기 자성체에 외력이 가해지면 상기 자기 센싱 소자의 내부 영역 내에서 상기 탄성 부재가 휘어지면서 상기 자성체와 자기 센싱 소자 간의 거리가 변하는, 촉각 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 배치된 원형의 자기 센싱 소자;
    상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되는 자성체; 및
    상기 베이스 부재와 상기 자성체를 연결하는 탄성 부재;
    를 포함하며,
    상기 자성체는
    외력에 의해 상기 원형의 자기 센싱 소자의 내부 영역에서 위치가 이동되며, 위치 복원력을 가지고,
    상기 베이스 부재는
    상기 자기 센싱 소자가 위치된 외곽부; 및
    상기 외곽부에 둘러싸이며 상기 자성체가 이동 가능한 영역인 중심부를 포함하며,
    상기 중심부 내에서 이동 가능하게 마련되며, 상기 자성체가 결합된 이동 부재;를 더 포함하고,
    상기 베이스 부재, 탄성 부재 및 이동 부재 중 적어도 하나는 감온 색소를 포함하여 온도에 따라 색이 변하는, 촉각 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 이동 부재와 상기 외곽부 사이를 연결하는, 촉각 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 복수 개로 구성되며,
    상기 복수 개의 탄성 부재는 방사형으로 배열되는, 촉각 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 중심부에는 미끄럼 부재가 구비되고,
    상기 이동 부재는 상기 미끄럼 부재 위에서 이동되는, 촉각 센서.
  8. 베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 배치된 원형의 자기 센싱 소자;
    상기 자기 센싱 소자의 중심에 배치되는 자성체; 및
    상기 베이스 부재와 상기 자성체를 연결하는 탄성 부재;
    를 포함하며,
    상기 자성체는
    외력에 의해 상기 원형의 자기 센싱 소자의 내부 영역에서 위치가 이동되며, 위치 복원력을 가지고,
    상기 베이스 부재는
    상기 자기 센싱 소자가 위치된 외곽부; 및
    상기 외곽부에 둘러싸이며 상기 자성체가 이동 가능한 영역인 중심부를 포함하며,
    상기 중심부 내에서 이동 가능하게 마련되며, 상기 자성체가 결합된 이동 부재;를 더 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 이동 부재와 상기 외곽부 사이를 연결하며,
    상기 중심부에는 미끄럼 부재가 구비되고,
    상기 이동 부재는 상기 미끄럼 부재 위에서 이동되며,
    상기 미끄럼 부재의 상면에는 복수의 홈이 형성되고,
    상기 복수의 홈에는 윤활제가 채워진, 촉각 센서.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 중심부 위에서 이동되며 상부로 돌출된 기둥 형태인, 촉각 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자기 센싱 소자는 상기 외곽부의 상단에 형성되고,
    상기 자성체는 상기 이동 부재의 상단에 형성된, 촉각 센서.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 센싱 소자와 상기 자성체는 동일 평면상에 배치된, 촉각 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 센싱 소자는 상기 자성체의 상기 평면 상의 이동에 의한 자기장 세기의 변화를 감지하는, 촉각 센서.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성체는 상하 방향의 이동이 구속되는, 촉각 센서.
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